Магнитное поле Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Гипотезы Возникновения Магнитного Поля Земли

Виды Магнитного Поля

Назначение Магнитного Поля Земли

Солнечный Ветер и Магнитное Поле Земли

Магнитные Аномалии

Движение Частиц в Неоднородном Магнитном Поле

Полярное Сияние

Магнитное Поле на Других Планетах

Гипотезы Возникновения Магнитного Поля Земли

Магнитное поле Земли - это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о его происхождении до сих пор окончательно не решен.

1. Магнитная ось Земли почти параллельна ее оси вращения, поэтому многие исследователи предполагали, что магнитное поле возникает вследствие вращения Земли. В физике известны явления, когда при вращении возникает магнитное поле. Одно из таких явлений -- эффект Барнета -- Эйнштейна, при котором каждый атом рассматривается как волчок, обладающий магнитным моментом. При вращении таких атомов-волчков их оси вращения устанавливаются параллельно, при этом так же располагаются их магнитные моменты.

2. Другая гипотеза связывала возникновение магнитного поля Земли с тем, что на ее поверхности имеется отрицательный электрический заряд. Вращаясь вместе с Землей, этот заряд образует круговой электрический ток, а там, где есть круговой ток, есть и магнитное поле, направленное по оси круга. Но отрицательный заряд на поверхности Земли слишком мал, чтобы могло возникнуть поле нужной величины. Обе эти гипотезы не могли объяснить инверсии геомагнитного поля.

3. В 1947 г. советский физик Я. И. Френкель иначе объяснил образование магнитного поля в Земле. Он предположил, что вещество земного ядра обладает электрической проводимостью и совершает вихреобразные перемещения. Если имеется какое-то небольшое начальное магнитное поле, то земное ядро будет представлять собой некое подобие генератора электрического тока: движение проводника в магнитном поле приведет к возникновению электрического тока, а электрический ток вызовет магнитное поле, которое будет складываться с первоначальным и усилит его.

Виды Магнитного Поля

1.Однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Пример: Рассмотрим магнитное поле, возникающее внутри соленоида. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.

2.Неоднородное магнитное поле, т.е поле в разных точках которого сила, с которой поле действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, различна как по модулю, так и по направлению. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. Пример: Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.

Назначение Магнитного Поля Земли

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля "помнит" о смене полюсов. Анализ таких "воспоминаний" показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад. На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster - проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и "выбрасывает" их в космическое пространство.

Солнечный Ветер и Магнитное Поле Земли

магнитный поле земля солнечный

Солнечный ветер -- поток ионизированных частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300--1200 км/с в окружающее космическое пространство. Является одним из основных компонентов межпланетной среды.

Множество природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе такие явления космической погоды, как магнитные бури и полярные сияния. В отношении других звёзд употребляется термин звёздный ветер, так что по отношению к солнечному ветру можно сказать «звёздный ветер Солнца».

Не следует путать понятия «солнечный ветер» и «солнечный свет» (поток фотонов, долетающий от Солнца до Земли за 8 минут 16 секунд). В частности, именно эффект давления солнечного света используется в проектах так называемых солнечных парусов.

Форма двигателя для космического аппарата, использующая в качестве источника тяги импульс ионов солнечного ветра -- электрический парус.

Магнитные Аномалии

Магнитные аномалии -- области на поверхности Земли, в которых значение и направление вектора магнитного поля Земли существенно отличается от нормальных значений геомагнитного поля.

Магнитные аномалии, в зависимости от размера территории с аномальными значениями магнитного поля, делятся на континентальные, региональные и локальные.

1. Континентальные магнитные аномалии -- площадь 10-100 тысяч кмІ, поле аномалий дипольное, то есть близко к конфигурации к главному геомагнитному полю. Связаны с особенностями потоков в ядре Земли, генерирующих её магнитное поле.

2. Региональные магнитные аномалии -- 1-10 тысяч кмІ, связаны с особенностями строения земной коры -- в первую очередь её кристаллического фундамента или её историей (полосовые магнитные аномалии молодой океанической коры). Поле аномалий сложное, характеризующееся суперпозицией поля намагниченности пород аномалии и дипольного главного геомагнитного поля.

3. Местные магнитные аномалии -- сотни мІ -- сотни кмІ, связаны со строением верхних частей коры (в частности, залежами железосодержащих пород) или особенностями намагниченности поверхностных пород (локальные аномалии астроблем, намагниченность вследствие удара молнии).

Самые известные аномалии: Курская магнитная аномалия, Бразильская магнитная аномалия

Движение Частицы в Магнитном Поле

В неоднородном магнитном поле движение частиц усложняется. Пусть мгновенная скорость частицы перпендикулярна плоскости чертежа. Тогда составляющая индукции B1 обеспечит силу F движение частицы по окружности.

Составляющая B2 создает силу F', выталкивающую частицу в область слабого поля. Так как сила Лоренца не совершает работы, то при этом сложном движении сохраняются две величины:

а) полная кинетическая энергия частицы

б) магнитный поток Ф через плоскость орбиты частицы

При перемещении частицы в область слабого поля радиус p растет, а скорость U0 соответственно уменьшается. Поэтому увеличивается составляющая полной скорости, направленная по оси винтовой линии, описываемой частицей, то есть увеличивается расстояние между расширяющимися витками винтовой линии.

Проникнув в область сильного поля, частица станет обращаться по окружности постоянного радиуса. Однако такое состояние неустойчиво, так как внутри окружности индукция собственного магнитного поля, создаваемого частицей, направлена против индукции внешнего поля.

Поэтому частица, не проникнув в область слишком сильного поля индукции B начнёт выталкиваться в область слабого поля.

Именно такой эффект проявляется в магнитном поле Земли, захватывающем заряженные частицы, приходящие из космоса, в частности от Солнца. Эти частицы образуют вокруг Земли заряженные слои (радиационные пояса).

Полярное Сияние

Полярное сияние -- свечение верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера -- линии излучения водорода в ультрафиолете.

Полярные сияния - одно из самых красивых световых явлений в природе, поэтому они привлекали внимание человека на протяжении всей его истории. Упоминания о полярных сияниях можно найти в трудах Аристотеля, Плиния, Сенеки и других древних философов.

Долгое время полярные сияния рассматривали как предвестники катастроф - эпидемий, голода и войн. Например, это явление связали с падением Иерусалима и смертью Юлия Цезаря. Во всяком случае в этом видели проявление гнева богов или других сверхъестественных сил. Люди, проживающие в местах, где полярное сияние не редкость, старались объяснить его появление естественным путем. Высказывались предположения, что это отражение солнечного света от морской поверхности или излучение солнечных лучей, накопленных за день в толще льда.

Магнитное Поле на Других Планетах

Наличие или отсутствие у планет магнитного поля связывают с их внутренним строением. На всех планетах земной группы есть собственное магнитное поле. Самыми сильными магнитными полями обладают планеты-гиганты и Земля. Часто источником дипольного магнитного поля планеты считают её расплавленное токопроводящее ядро. У Венеры и Земли близки размеры, средняя плотность и даже внутреннее строение, тем не менее, Земля имеет достаточно сильное магнитное поле, а Венера -- нет. По одной из современных теорий напряженность дипольного магнитного поля зависит от прецессии полярной оси и угловой скорости вращения. Именно эти параметры на Венере ничтожно малы, но измерения указывают на ещё более низкую напряжённость, чем предсказывает теория. Современные предположения по поводу слабого магнитного поля Венеры состоят в том, что в предположительно железном ядре Венеры отсутствуют конвективные потоки.

Литература

1. http://www.astronet.ru/db/msg/1173555/page1.html

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Магнитные_Аномалии

3. http://magnitnoe.narod.ru/dvig/4.htm

4. http://www.valtar.ru/Magnets4/School/m_4_21_03.htm

5. https://ru.wikipedia.org/Полярное_Сияние

7. http://planetarium-kharkov.org/?q=magnitnoe-pole-zemli

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечный_ветер

9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Магнитное_Поле_Планет

10.Физика 11 класс Автор Г.Я. Мякишев

11.Учебные материалы с урока физики

Размещено на Allbest.ru